一种复合诊断方法及其在滚动轴承故障识别中的应用
发布时间：2020-03-21 09:36
【摘要】：随着异常气候,环境问题在全球范围内日益严重,各国对新能源的开发需求日益增加,风电在电力市场中所占比例不断上升。风电机组多安装在环境恶劣的地域,这大大提升了风电机组的维护成本,为了降低风电机组维护成本,开展风电机组的状态监测与故障诊断方法的研究具有至关重要的意义。为了能使风电机组长期安全稳定的运行,从而基于振动信号与模式识别对风电机组故障诊断技术展开研究。首先以风电机组滚动轴承为研究对象,在频域上研究了一种基于自适应变分模态分解(AVMD)-支持向量机(SVM)的故障诊断方法,之后在时域上研究了一种基于数学形态学(MM)-相关性分析(CA)的故障诊断方法,最后为了提高故障诊断的可靠性,结合前两种方法的优点提出了一种基于信息融合的复合诊断方法。主要研究内容如下:(1)针对风电机组中旋转机械振动信号呈现的非线性、非稳定等特性,提出一种基于AVMD-SVM的滚动轴承故障诊断方法。该方法通过AVMD将单分量故障信号分解为不同频率分量的多分量信号,之后使用熵价值法得到信号的特征向量,然后使用SVM对特征向量进行训练,最终根据SVM的输出结果判定信号故障类别。经验证该方法诊断效果良好,但是对于同类型不同损伤程度的故障(未训练)诊断效果欠佳。(2)针对AVMD-SVM方法对同类型不同损伤程度故障诊断效果欠佳的情况,采用了基于MM-CA的滚动轴承故障诊断方法。该方法对故障信号在时域上做MM处理,之后将处理后的信号转变到频域中得到信号特征,最后将待检测信号特征与各个故障类别的信号特征做CA处理,其中相关系数最高的故障类别即为判定结果。结果表明该方法对于同类型不同损伤程度的故障诊断效果良好,但是该方法抗干扰能力相较AVMD-SVM方法弱,对故障的敏感度欠佳。(3)综合上述两种方法的特点,提出了一种基于证据理论的复合诊断方法,该方法使用改进证据理论将上述两种方法的最终诊断结果融合得到新的诊断结果,相较未改进的证据理论提高了融合准确性。复合诊断方法结合了上述两种方法的优点,相比传统的单一故障诊断算法具有更高的识别率和可靠性。
【图文】：
为风电发展的关键一年，全球新增风电装机容量首次超过传统发电机新增装量，经过几十年的发展，风电技术已经趋于成熟，风电已经在全球范围大规应用。截止到 2017 年，风电在欧洲地区占总电力消费比例已达到 11.6%，丹麦消费比例已经达到了 44.4%，英国占比 13.5%，德国占比 20.8%。截止17 年，全球陆上风电平均成本已经低于传统化石能源，2017 年以来新建陆电平均成本为 4 美分/千瓦时。 国际可再生能源组织预计到 2019 年全球风目最低成本可低至 3 美分/千瓦时，成为最经济环保的电力能源之一。进入纪以来，全球风电机组装机数量快速提升[3-4]，如图 1-1 所示是 2001 年至 2的全球风电年新增装机容量，可以看到，虽然风电新增装机容量在 2013 16 年和 2017 年出现了下滑现象，但是除去上述三年在其他年度风电新增装量均有增加，在近 20 年的时间里风电机组容量呈现一个快速增长的趋势。计，截至 2017 为止，全球风电市场累计装机容量达 539.6GW。如图 1-2 所 2001 年至 2017 年全球风电装机累计容量。可以看到全球累计装机容量趋势上升。
图 1-2 2001 年-2017 年全球风电装机累计容量柱形图Fig.1-2 The histogram of the world wind power cumulative installed capacity in 2001-201我国有着新疆，甘肃，内蒙古以及东南沿海地区丰富的风能资源，凭借地势我国大力发展风电行业，我国风电行业经过十几年的高速发展，在电力市所占份额快速提升。但是，由于风电机组装机数量的增加，风电机组发生故频率也大大上升，风电机组的维护工作也日渐增多，，风电机组的在线监测技障诊断技术的成为降低维护成本的有效手段，对风电机组进行监测诊断技术与自动诊断系统的开发成为关键一步[5-6]。风力发电机结构精密复杂，随着风电机组数量不断增加，加之大多数风电都工作在地处偏远的恶劣环境中，机舱基本处于 50～80 m 以上的高空中，维修风电机组的工作属于高危困难的高空作业，随之而来的是高昂的维修维用，风电机组的维护费可以达到其总成本的 30%，如果能够降低维护费用风电价格将更加亲民。除此之外风电机组的故障高发在其叶片位置与齿轮箱，风电机组叶片通常有结冰、磨损和不平衡的故障，轴承可能会发生裂纹与。除此之外风电机组还会发生发电机绝缘失效等故障。如果不能对风电机组
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614;TH133.33
本文编号：2593137
【图文】：
为风电发展的关键一年，全球新增风电装机容量首次超过传统发电机新增装量，经过几十年的发展，风电技术已经趋于成熟，风电已经在全球范围大规应用。截止到 2017 年，风电在欧洲地区占总电力消费比例已达到 11.6%，丹麦消费比例已经达到了 44.4%，英国占比 13.5%，德国占比 20.8%。截止17 年，全球陆上风电平均成本已经低于传统化石能源，2017 年以来新建陆电平均成本为 4 美分/千瓦时。 国际可再生能源组织预计到 2019 年全球风目最低成本可低至 3 美分/千瓦时，成为最经济环保的电力能源之一。进入纪以来，全球风电机组装机数量快速提升[3-4]，如图 1-1 所示是 2001 年至 2的全球风电年新增装机容量，可以看到，虽然风电新增装机容量在 2013 16 年和 2017 年出现了下滑现象，但是除去上述三年在其他年度风电新增装量均有增加，在近 20 年的时间里风电机组容量呈现一个快速增长的趋势。计，截至 2017 为止，全球风电市场累计装机容量达 539.6GW。如图 1-2 所 2001 年至 2017 年全球风电装机累计容量。可以看到全球累计装机容量趋势上升。
图 1-2 2001 年-2017 年全球风电装机累计容量柱形图Fig.1-2 The histogram of the world wind power cumulative installed capacity in 2001-201我国有着新疆，甘肃，内蒙古以及东南沿海地区丰富的风能资源，凭借地势我国大力发展风电行业，我国风电行业经过十几年的高速发展，在电力市所占份额快速提升。但是，由于风电机组装机数量的增加，风电机组发生故频率也大大上升，风电机组的维护工作也日渐增多，，风电机组的在线监测技障诊断技术的成为降低维护成本的有效手段，对风电机组进行监测诊断技术与自动诊断系统的开发成为关键一步[5-6]。风力发电机结构精密复杂，随着风电机组数量不断增加，加之大多数风电都工作在地处偏远的恶劣环境中，机舱基本处于 50～80 m 以上的高空中，维修风电机组的工作属于高危困难的高空作业，随之而来的是高昂的维修维用，风电机组的维护费可以达到其总成本的 30%，如果能够降低维护费用风电价格将更加亲民。除此之外风电机组的故障高发在其叶片位置与齿轮箱，风电机组叶片通常有结冰、磨损和不平衡的故障，轴承可能会发生裂纹与。除此之外风电机组还会发生发电机绝缘失效等故障。如果不能对风电机组
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614;TH133.33
【参考文献】
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本文编号：2593137
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